Investigadores del Centro de Materiales de Carbono Multidimensional CMCM dentro del Instituto de Ciencias Básicas IBS, Corea del Sur han informado en Nanotecnología de la naturaleza la fabricación y el uso de sustratos de lámina de aleación de cobre y níquel de cristal único para el crecimiento de películas de grafeno de doble capa y bicapa de cristal grande de gran superficie.
El crecimiento de películas de grafeno de área grande con un número de capas controladas con precisión y órdenes de apilamiento puede abrir nuevas posibilidades en electrónica y fotónica, pero sigue siendo un desafío. Este estudio mostró el primer ejemplo de la síntesis de láminas de grafeno de dos y tres capas más grandes queun centímetro, con capas apiladas de manera específica, es decir, apilamiento AB y ABA.
"Este trabajo proporciona materiales para la fabricación de dispositivos de grafeno con funciones novedosas que aún no se han realizado y que podrían ofrecer nuevas propiedades fotónicas y optoelectrónicas y otras propiedades", explica Rodney S. Ruoff, Director de CMCM, Profesor Distinguido del Instituto Nacional de Ulsande Ciencia y Tecnología UNIST y autor principal de este estudio. El coautor y profesor Won Jong Yoo de la Universidad de Sungkyunkwan señala que "esto allana el camino para el estudio de nuevas propiedades de transporte eléctrico de grafeno bicapa y tricapa".
Por ejemplo, el mismo grupo de investigación y colaboradores del SII publicaron recientemente otro artículo en Nanotecnología de la naturaleza que muestra la conversión de una película de grafeno bicapa apilada con AB, cultivada en láminas de aleación de cobre / níquel 111 láminas de Cu / Ni 111, en una lámina tipo diamante, conocida como diamane. Notas del coautor Pavel V. Bakhareveso: "Hace menos de un año, produjimos monocapa de diamantes fluorados, F-diamane, por fluoración de exactamente las películas de grafeno bicapa apiladas con AB descritas en este nuevo artículo. Ahora la posibilidad de producir grafeno bicapa de mayor tamaño trae una emoción renovaday muestra qué tan rápido se está desarrollando este campo "
La elección correcta del sustrato es esencial para el crecimiento correcto del grafeno. Las láminas hechas solo de cobre limitan el crecimiento del grafeno bicapa y favorecen el crecimiento uniforme de monocapa. Es posible obtener láminas de grafeno multicapa en película de níquel, pero no son uniformes, y tienden a tener pequeños "parches" con diferentes espesores. Finalmente, las láminas disponibles comercialmente que contienen níquel y cobre no son ideales. Por lo tanto, los investigadores del SII prepararon láminas de Cu / Ni 111 de cristal único 'hechas en casa' con el deseadocaracterísticas, basándose más en una técnica informada por el grupo en Science en 2018. Las películas de níquel se electrochapan sobre láminas de cobre 111 para que el níquel y el cobre se difundan cuando se calientan y producen una nueva lámina de cristal único que contiene ambos elementos en proporciones ajustablesRuoff sugirió este método y supervisó las evaluaciones de Ming Huang de las mejores concentraciones de níquel para obtener láminas de grafeno uniformes con el número deseado de capas.
Los investigadores del SII cultivaron láminas de grafeno bicapa y tri-capa en láminas de Cu / Ni 111 por deposición química de vapor CVD. Huang logró películas de grafeno bicapa apiladas con AB de varios centímetros cuadrados, cubriendo el 95% del área del sustrato,y grafeno de tres capas apiladas con ABA con más del 60% de cobertura de área. Esto representa el primer crecimiento de grafeno de tres capas apiladas con ABA de alta cobertura en un área grande y la mejor calidad obtenida hasta ahora para el grafeno de dos capas apiladas con AB.
Además de las extensas caracterizaciones espectroscópicas y microscópicas, los investigadores también midieron el transporte eléctrico movilidad del portador y sintonización de banda prohibida y la conductividad térmica del grafeno recién sintetizado. Las películas de grafeno bicapa a escala centimétrica mostraron una buena conductividad térmica, tan altacomo ~ 2300 W / mK comparable con escamas de grafeno bicapa exfoliadas, y rendimiento mecánico rigidez de 478 gigapascales para el módulo de Young, y 3.31 gigapascales para la resistencia a la fractura.
Luego, el equipo investigó el mecanismo de apilamiento del crecimiento y descubrió que sigue la secuencia del llamado "pastel de bodas invertido", ya que las capas inferiores se colocan después de la superior. "Mostramos con tres métodos independientes que la segunda capa para el grafeno bicapa,y las capas 2 y 3 de la hoja de tres capas crecen debajo de una capa superior continua. Estos métodos se pueden usar para estudiar la estructura y la secuencia de apilamiento de otros materiales de película delgada 2D ", señala Huang.
Ruoff señala que estas técnicas para sintetizar y probar películas ultrafinas a gran escala podrían estimular el interés mundial en seguir experimentando con láminas de aleación de cristal único de Cu / Ni, e incluso en explorar la fabricación y el uso de otras láminas de aleación de cristal único.
Esta investigación se realizó en colaboración con UNIST y la Universidad de Sungkyunkwan.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Básicas . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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